ZHCSM88H July 2008 – October 2023 TPS54331
PRODUCTION DATA
输出电容器的重要设计因素是直流电压额定值、纹波电流额定值和等效串联电阻(ESR)。不得超过直流电压和纹波电流额定值。ESR 很重要,因为它与电感器电流一起决定输出纹波电压的大小。输出电容器的实际值并不重要,但确实存在一些实际限制。应考虑此设计所需的闭环交叉频率与输出滤波器的 LC 转角频率之间的关系。通常,需要将闭环交叉频率保持在开关频率的 1/5 以下。由于开关频率较高,例如本设计的 570kHz 频率,TPS54331 器件的内部电路限制会将实际最大交叉频率限制在大约 25kHz。通常,闭环交叉频率必须高于由负载阻抗和输出电容器确定的转角频率。使用方程式 12 计算最小电容值的限制。
其中
对于所需的 25kHz 最大交叉频率,输出电容器的最小值为大约 5.8μF。该值可能不满足输出纹波电压要求。输出纹波电压由两部分组成:由于输出滤波器电容的充放电而引起的电压变化和由于纹波电流乘以输出滤波器电容器的 ESR 而引起的电压变化。使用方程式 13 估计输出纹波电压。
可以根据初始设计参数中指定的允许输出纹波电压的大小来确定输出电容器的最大 ESR。由于 ESR,输出纹波电压将由电感纹波电流与输出滤波器 ESR 的乘积决定。因此,使用方程式 14 计算电容器数据表中列出的最大指定 ESR。
其中
使用方程式 15 来计算最大均方根纹波电流。
其中
对于此设计示例,为 C8 和 C9 选用了两个 47μF 陶瓷输出电容器。这些电容器为 TDK C3216X5R0J476MT,额定电压为 6.3V,最大 ESR 为 2mΩ,且纹波电流额定值超过 3A。
计算的总均方根纹波电流为 161mA(每个 80.6mA),所需的最大总 ESR 为 43mΩ。这些输出电容器大幅度地超过了要求,实现了可靠、高性能的设计。
当输出在 3.3V 的所需输出下工作时,电路中的实际电容可能小于目录值。
所选输出电容器的额定电压必须大于所需的输出电压加上纹波电压的一半。还必须包括任何降额量。其他电容器类型与 TPS54331 器件一起使用效果良好,具体取决于应用的需求。